Fluix de calor

El fluix de calor o fluix tèrmic, també conegut com a densitat de fluix de calor o intensitat de velocitat de fluix de calor és un fluix d'energia per unitat d'àrea per unitat de temps. En SI, les seues unitats són vats per metro quadrat (W⋅m⁻²). Té una direcció i una magnitut, per lo que és una cantitat vectorial. Per a definir el fluix de calor en un cert punt en l'espai, un pren el cas llímit a on el tamany de la superfície es torna infinitament menut.

El fluix de calor a sovint es denota $\overrightarrow{{\varphi }_{\text{q}}}$, el subíndex $q$ especifica el fluix de calor, en oposició al fluix de massa o de moment. La llei de Fourier és una aplicació important d'estos conceptes.

Fluix de calor $\overrightarrow{{\varphi }_{\text{q}}}$ a través d'una superfície.

Llei de Fourier

Per a la majoria dels sòlits en condicions normals, la calor es transporta principalment per conducció i el fluix de calor es descriu adequadament per la llei de Fourier.

La llei de Fourier en una dimensió

${\varphi }_{\text{q}}=-k\frac{dT(x)}{dx}$

a on $k$ és la conductivitat tèrmica. El signe negatiu mostra que el fluix de calor es mou des de les regions de temperatura més alta a les regions de temperatura més baixa.

Extensió multidimensional

Diagrama que representa el fluix de calor a través d'un material d'aïllament tèrmic en conductivitat tèrmica, k i gruixa, x. El fluix de calor es pot determinar utilisant dos medicions de temperatura de superfície en cada costat del material usant sensors de temperatura si també es coneixen k i x del material.

Diagrama que representa el fluix de calor a través d'un material d'aïllament tèrmic en conductivitat tèrmica, k i gruixa, x. El fluix de calor es pot medir directament usant un sol sensor de fluix de calor ubicada en qualsevol superfície o incrustat dins del material. Usant este método, no es requerix conéixer els valors de k i x del material.

El cas multidimensional és similar, el fluix de calor disminuïx i, per lo tant, el gradient de temperatura té el signe negatiu:

$\overrightarrow{{\varphi }_q}=-k\mathrm{\nabla }T$

a on $\mathrm{\nabla }$ és el operador gradient.

Medició del fluix de calor

Artícul principal → Sensor de fluix de calor.

La medició del fluix de calor es pot realisar de diferents maneres. Un método comunament conegut, pero a sovint poc pràctic, es realisa medint una diferència de temperatura sobre una peça de material en conductivitat tèrmica coneguda. Este método és anàlec a una forma estàndar de medir una corrent elèctrica, a on un medix la caiguda de voltage sobre una resistència coneguda. Per lo general, este método és difícil de realisar, ya que la resistència tèrmica del material que s'està provant a sovint no es coneix. Es requerixen valors precisos per a la gruixa del material i la conductivitat tèrmica per a determinar la resistència tèrmica. Usant la resistència tèrmica, junt en les medicions de temperatura en abdós costats del material, el fluix de calor pot calcular-se indirectament.

Un segon método per a medir el fluix de calor és usar un sensor de fluix de calor, o un transductor de fluix de calor, per a medir directament la cantitat de calor que es transferix a/des de la superfície a la que es monta el sensor de fluix de calor. El tipo més comú de sensor de fluix de calor és una termopila de temperatura diferencial que opera essencialment en el mateix principi que el primer método de medició que es va mencionar, excepto que té la ventaja de que la resistència/conductivitat tèrmica no necessita ser un paràmetro conegut. Estos paràmetros no tenen que ser coneguts, ya que el sensor de fluix de calor permet una medició in situ del fluix de calor existent per mig de l'us del efecte Seebeck. No obstant, els sensors de fluix de calor de la termopila diferencial deuen calibrar-se per a relacionar les seues senyals d'eixida [μV] en els valors de fluix de calor [W/(m²⋅K)]. Una volta que es calibra el sensor de fluix de calor, es pot usar per a medir directament el fluix de calor sense requerir el valor rarament conegut de resistència tèrmica o conductivitat tèrmica.